CN204065058U - 用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置 - Google Patents
用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204065058U CN204065058U CN201420503693.1U CN201420503693U CN204065058U CN 204065058 U CN204065058 U CN 204065058U CN 201420503693 U CN201420503693 U CN 201420503693U CN 204065058 U CN204065058 U CN 204065058U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- test unit
- container
- stream
- studying
- couple
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 11
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 4
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，包括试验装置容器，试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体；试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，试验装置的容器侧壁装有应变传感器，温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接。容器底板上钻凿若干个小孔，并在容器底板上铺一层渗透膜，容器底板的下部设有漏斗，漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶；容器顶盖的上部设有砝码组合。能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种矿山地下采空区充填体性能的试验装置，尤其涉及一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置。
背景技术
矿山地下开采不仅产生了大量的固体废弃物(例如尾矿和煤矸石)，同时还产生了大量的地下采空区。这些固体废弃物的地表堆存不仅会环境污染，而且还有可能成为安全隐患(例如尾矿库的溃坝和矸石山的自燃)。而地下采空区的存在不仅关系到矿工的作业安全，还会导致地表的沉陷。然而，将这些固体废弃物制成充填体填充入地下采空区可以有效地解决上述诸多问题。这种充填体主要由固体废弃物、水泥与水混合制成(必要的情况下会掺入矿物添加剂，如高炉矿渣和粉煤灰等)，它是一种内部充满孔隙结构的多孔介质。
水泥与水相遇发生水化反应，生成水化产物(C-S-H胶凝和AFt晶体等)，这些水化产物将沉淀并积聚在充填体内部的孔隙中，从而通过改变充填体内孔隙自由水的渗流行为而影响孔隙水压力分布。与此同时，水化反应还释放出一定的热量，从而促进充填体自身温度的发展。而充填体自身及外界环境温度的变化不仅会通过改变填体内水的密度和粘度而影响其渗流行为，还会引起充填体结构的热应变。此外，填充入地下采矿区的充填体还会受到其上覆岩层的压力。
综上所述可知，充填体将表现出热(温度变化)-流(孔隙水的渗流和孔隙水压力分布)-力(热应力和上覆压力)耦合作用行为。充填体的关键作用在于支撑上覆岩层，同时还不能对地下环境造成污染(例如从充填体中渗流出来的含有害物质的水会污染地下水)。这就要求充填体具有较强的力学稳定性和较弱的水力渗透性，而这些特性主要取决于充填体的热-流-力耦合作用行为。
目前，还没有一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
本实用新型的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，包括试验装置容器，所述试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体；
所述试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，所述试验装置的容器侧壁装有应变传感器，所述温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接。
所述容器底板上钻凿若干个小孔，并在所述容器底板上铺一层渗透膜，所述容器底板的下部设有漏斗，所述漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶；
所述容器顶盖的上部设有砝码组合。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置的结构示意图。
图中：1—(不同重量的)砝码组合；2—能上下移动的容器顶盖；3—充填体；4—试验装置容器；5—温度传感器；6—孔隙水压力传感器；7—容器底板；8—漏斗；9—带刻度渗水收集瓶；10—应变传感器；11—开孔；12—容器侧壁；13—无纸记录仪。
具体实施方式
下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
本实用新型的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其较佳的具体实施方式是：
包括试验装置容器，所述试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体；
所述试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，所述试验装置的容器侧壁装有应变传感器，所述温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接。
所述容器底板上钻凿若干个小孔，并在所述容器底板上铺一层渗透膜，所述容器底板的下部设有漏斗，所述漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶；
所述容器顶盖的上部设有砝码组合。
所述小孔的直径为0.9至1.1mm。
所述容器顶盖的内壁与所述填充体之间垫一层海绵，所述海绵的面积与所述充填体的截面面积相同。
所述砝码组合包括若干个不同重量的砝码。
所述试验装置容器为长方体。
所述无纸记录仪与电脑相连。
本实用新型的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据。
具体实施例：
如图1所示，包括(不同重量的)砝码组合1、能上下移动的容器顶盖2、充填体3、试验装置容器4、温度传感器5、孔隙水压力传感器6、容器底板7、漏斗8、带刻度渗水收集瓶9、应变传感器10、开孔11、容器侧壁12、无纸记录仪13等。
试验装置容器4为长方体。温度传感器5、孔隙水压力传感器6和应变传感器10通过导线与无纸记录仪13相连接，这些传感器所采集到的数据被记录并保存下来。
在容器底板7上钻凿若干个小孔(直径1mm左右)，然后在容器底板7上铺一层渗透膜，渗透膜的面积与容器底板7的面积保持一致。从容器底板7的小孔中渗出的水将通过漏斗8被收集到带刻度渗水收集瓶9中。在试验过程中带刻度渗水收集瓶9始终保持封口状态，仅留一个小孔用来收集从漏斗8中流出的水。
将制备完成的充填体3浇注进试验装置容器4中：当充填体达到一定的浇注高度时，将应变传感器10埋设在该段充填体的表面，传感器的导线通过容器侧壁12的开孔11连接出去；然后继续浇注一段充填体，将孔隙水压力传感器6埋设在该段充填体的表面，传感器的导线同样需要通过开孔11连接出去；接下来再继续浇注一段充填体，将温度传感器5埋设在该段充填体的表面并将相应的导线从试验装置容器4中连接出去；最后浇注充填体直至充满容器，并将充填体的表面刮平。
为了保证充填体3更好地与能上下移动的容器顶盖2接触，可以在它们之间垫一层海绵，该海绵的面积与充填体3的截面面积以及能上下移动的容器顶盖2的面积保持一致。
所述砝码组合1由若干个砝码组成，根据不同的条件选择不同的砝码组合，以模拟不同的上覆压力。通过简单的计算可将砝码的重量换算为对能上下移动的容器顶盖2的相应压力值。
在试验过程中，可以通过改变整套试验装置所处的环境温度、充填体上覆砝码的重量、充填体自身的特性(例如水的用量和水泥用量等)来模拟不同的外界条件对充填体的热-流-力耦合作用行为的影响。
无纸记录仪13可以与电脑相连，将所有传感器采集到的数据输入电脑进行分析，找寻充填体的热-流-力耦合作用规律。
本实用新型的有益效果是：
可以通过试验找寻充填体的自身温度、孔隙水压力、渗水量以及应变量随上覆压力、环境温度以及充填体自身特性的变化规律，从而为制备出强度更高、渗水量更少的充填体提供科学依据。同时，还能够通过分析所记录下来的传感器数据来揭示充填体的热-流-力耦合作用规律，为多孔介质多场耦合的研究提供参考。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其特征在于，包括试验装置容器，所述试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体；
所述试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，所述试验装置的容器侧壁装有应变传感器，所述温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接；
所述容器底板上钻凿若干个小孔，并在所述容器底板上铺一层渗透膜，所述容器底板的下部设有漏斗，所述漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶；
所述容器顶盖的上部设有砝码组合。
2.根据权利要求1所述的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其特征在于，所述小孔的直径为0.9至1.1mm。
3.根据权利要求2所述的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其特征在于，所述容器顶盖的内壁与所述填充体之间垫一层海绵，所述海绵的面积与所述充填体的截面面积相同。
4.根据权利要求3所述的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其特征在于，所述砝码组合包括若干个不同重量的砝码。
5.根据权利要求4所述的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其特征在于，所述试验装置容器为长方体。
6.根据权利要求1至5任一项所述的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其特征在于，所述无纸记录仪与电脑相连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420503693.1U CN204065058U (zh) | 2014-09-02 | 2014-09-02 | 用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420503693.1U CN204065058U (zh) | 2014-09-02 | 2014-09-02 | 用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204065058U true CN204065058U (zh) | 2014-12-31 |
Family
ID=52206543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420503693.1U Expired - Fee Related CN204065058U (zh) | 2014-09-02 | 2014-09-02 | 用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204065058U (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107677323A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-02-09 | 北京科技大学 | 一种充填体多场耦合养护的试验装置 |
| CN108982804A (zh) * | 2018-05-27 | 2018-12-11 | 西安科技大学 | 矿井充填温度、渗流、应力三场耦合相似试验装置及方法 |
| CN109709278A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-03 | 东北大学 | 一种模拟原位环境充填体强度形成过程的试验装置及方法 |
| CN110068653A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-30 | 太原理工大学 | 一种膏体充填材料泌水性能的测试装置和测试方法 |
| CN117782229A (zh) * | 2024-02-27 | 2024-03-29 | 山东黄金矿业科技有限公司充填工程实验室分公司 | 矿山充填料水化温湿度室内无线监测装置及监测方法 |
-
2014
- 2014-09-02 CN CN201420503693.1U patent/CN204065058U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107677323A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-02-09 | 北京科技大学 | 一种充填体多场耦合养护的试验装置 |
| CN108982804A (zh) * | 2018-05-27 | 2018-12-11 | 西安科技大学 | 矿井充填温度、渗流、应力三场耦合相似试验装置及方法 |
| CN109709278A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-03 | 东北大学 | 一种模拟原位环境充填体强度形成过程的试验装置及方法 |
| CN109709278B (zh) * | 2019-01-11 | 2022-03-01 | 东北大学 | 一种模拟原位环境充填体强度形成过程的试验装置及方法 |
| CN110068653A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-30 | 太原理工大学 | 一种膏体充填材料泌水性能的测试装置和测试方法 |
| CN117782229A (zh) * | 2024-02-27 | 2024-03-29 | 山东黄金矿业科技有限公司充填工程实验室分公司 | 矿山充填料水化温湿度室内无线监测装置及监测方法 |
| CN117782229B (zh) * | 2024-02-27 | 2024-05-03 | 山东黄金矿业科技有限公司充填工程实验室分公司 | 矿山充填料水化温湿度室内无线监测装置及监测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204065058U (zh) | 用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置 | |
| CN105259003B (zh) | 一种合成海洋天然气水合物样品的实验装置和方法 | |
| Yilmaz et al. | Specimen size effect on strength behavior of cemented paste backfills subjected to different placement conditions | |
| CN102297929B (zh) | 构造煤卸压突出模拟实验装置 | |
| CN107831295B (zh) | 用于模拟采动断层活化灾变的试验方法 | |
| CN103278376B (zh) | 土压平衡盾构开挖面稳定性控制模型试验装置 | |
| CN112560226B (zh) | 煤矿地下水库环境风险评估方法 | |
| CN104977149B (zh) | 一种水沙运移模拟试验装置及方法 | |
| CN107976391A (zh) | 一种破碎岩石扰动渗流特性测试用渗流仪及测试系统 | |
| CN205317774U (zh) | 模拟盾构隧道纵断面内地层损失扩展的试验系统 | |
| CN108195723A (zh) | 一种加固松散砾石土的渗透注浆试验系统及方法 | |
| CN103604698B (zh) | 煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验方法 | |
| Slimani et al. | Leachate flow around a well in MSW landfill: Analysis of field tests using Richards model | |
| Meng et al. | Experimental study on seepage characteristics and water inrush of filled karst structure in tunnel | |
| Navarro et al. | From double to triple porosity modelling of bentonite pellet mixtures | |
| Ma et al. | Physical model investigation on effects of drainage condition and cement addition on consolidation behavior of tailings slurry within backfilled stopes | |
| CN204269464U (zh) | 室内测试基床系数的自动化装置 | |
| CN206725560U (zh) | 一种碳酸盐岩油气勘探研究模拟装置 | |
| Al-Thani et al. | Modelling flow to leachate wells in landfills | |
| CN202114240U (zh) | 铸造过程流体模拟装置 | |
| CN203705269U (zh) | 煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置 | |
| Antonaki et al. | Centrifuge modeling of deposition and consolidation of fine-grained mine tailings | |
| Ahmadi et al. | A new analytical model to predict the effect of suction removal on vacuum preloading of fine copper tailings | |
| Lu | A model for one-dimensional deposition and consolidation of shrinking mine fills | |
| Witteman | Unsaturated flow in hydrating porous media: application to cemented paste backfill |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141231 Termination date: 20150902 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |